基于PLC的自动门控制系统设计分析研究 电气工程自动化专业

基于plc的自动门控制系统设计摘要:现在越来越多的公共场所例如广场、宾馆等开始使用自动旋转门，同时现在大家对他的一些安全方面的要求也变得更高。在本文中就研究了将旋转门与自动控制原理结合起来以提高安全门的安全性等问题。首先讨论了当前在国内外旋转门的安全性后通过与PLC技术结合设计了基于PLC的自动门控制系统。这个设计的最重要的部分就是PLC部分，同时还跟许多的红外传感器等结合起来，来确保不管在任何情况下，当有人在出入门的时候，都能够在不碰到人的前提下保证安全性。除此之外，本文中还设计了配合机械知识来进行安全性保障的部分，例如当门受到过大的阻力时会马上停止工作。结合以上多种的设计方案就可以确保在任何情况下都不会出现有人被门夹住等问题，完全保证人的安全。在本文的最后还有一部分关于自我诊断问题的部分，能够保证及时的处理问题，以防止出现更大的问题。关键词：非接触检测，楼宇自动化，故障诊断DesignofautomaticdoorcontrolsystembasedonplcABSTRACT:Withautomaticrevolvingdoorbeing“edtoguesthouses，hotels，buildings，luxuryapartments，large—scaleenterprisesetc．，Peoplehaveincreasedrequirementsaboutitscomfortandsecurity．Therefore，in蛳spaper,bycombiningthetraditionalrevolvingdoorwithautomaticcontrol妒chnology,theautomaticcontrolsystem，whichCallimprovethesafetyoftherevolvingdooLwasresearchedanddesigned.Byanalyzingtheexistingrevolvingdoorcontrolsystemforitslowsecurity,therevolvingdoorcontrolsystembasedonthePLCWasresearchedanddesigned．Thecorecomponentsusedprogrammablelogiccontroller,andthemultipleinfraredsensorswereadded．Anumberofadditionalsecurityfeaturestoensurethatthedoorintherotation,intermsofimport，exportortransferintheinternaldoors，areallwithnon．contactsafetyandsecurity．Inaddition，thedesignofthe”mechanical”securitysystem：Whentheautomaticdoorrotary-wingresistanceisgreaterthanthevalue(adjustablesettings)，theautomaticdoorsatonce-stopspinning．Intheprotectionofmultiplesecuritysystems，weCanguaranteethatnoincidentofpeoplefoldertakeplaceandprotectusersandpedestrians．Finally,afaultself-diagnosissystemWasdesignedSOthatmanagersCansuittheremedyandtaketimelymeasurestopreventtheexpansionoffailure，SOastoavoidTheaccidenttakingplace.KEYWORDS：non—contactdetection，buildingautomation,faultdiagnosis目录第1章绪论 31.1选题的背景和意义 31．2控制器的发展现状 41.2.1PLC的发展现状 1．2．2PLC与继电控制系统的比较与分析 61．2．3PLC与计算机控制系统的比较 61．3研究的主要意义和目的 7第2章旋转门控制系统方案设计及特点分析 92．1旋转门的组成及特点 92．2旋转门控制系统设计 92．3PLC和变频器的选择 10第3章旋转门控制系统软硬件和软件设计 113．1硬件部分设计 113．2软件部分设计 143．2．1PLC程序流程图 15第4章关于系统可靠性的设计 184．1引言 184．2旋转门电气设备故障诊断系统的设计 194．2．1BP神经网络的特点 204．3电磁干扰类型及其影响 214．4电磁干扰的主要来源 214．5抗干扰设计 234．6主要抗干扰措施 24第5章总结与展望 255.1总结： 255．2展望 25参考文献.......................................................................27第1章绪论1.1选题的背景和意义本文中所研究的自动门为自动旋转门，现在被广泛的应用在各种的场所，例如商场、宾馆、写字楼等等，相比于老式的旋转门，这种自动门的结构更加的科学，而且是通过感应系统来进行开关，更加的方便快捷。还有一个更加突出的特点就是不管它旋转到多大的角度始终能够保证室内跟室外是分离的。它不仅仅拥有着华丽的外观，而且还同时具有隔音保温的功能，在这些特点的基础上还配备有强大的安全性能，被广大的商场、宾馆青睐。尽管自动旋转门看上去是这么的完美，但还是出现了各种各样让人意想不到的问题，自从自动旋转门在大量的投入使用之后就不断的出现很多伤人的事件，有些严重的甚至还夺走了人的生命，这些情况使得全社会对此产生了高度的重视。2018年1月20日晚上临泉县发生了一起旋转门伤人事件一名4、5岁的女童在经过一家浴场旋转门的时候脚被旋转门卡住；2014年5月9日上午9点半左右，阜阳市太和县一宾馆大厅内的旋转门夹住了一个3岁男童的脚；2014年5月20日下午1点半左右，阜阳市太和县两名男童随家人参加喜宴时，其中一名男童在玩耍时腿被卡在旋转门下。其实像这种旋转门“咬人”的事件时有发生，像这种的报道在全国各地也屡见不鲜了。现实中，为什么旋转门伤人事件频频发生呢？为什么受伤的总是孩子呢？因为儿童身材比较矮小，身体灵活，很容易进入旋转门感应监测的盲区，在强行进入或家长监管不力的情况下，很容易造成悲剧的发生。在近些年来，随着人们生活水平的提高，人们对装修方面的要求也越来越高了，自动旋转门凭着它华丽的外观和便捷的性能不断地得到使用。然而因为自动旋转门属于高科技产品，不能仅仅追求它的外观而忽视了它的安全性。就像上面说的那些案例，让人不禁要好好反省一下这个问题。不仅如此，在二零零三年日本也发生过一起旋转门夹人事件，在这件事发生之后日本马上停止了全国的自动门生产，相比之下我国的态度确实有待调整。1．2控制器的发展现状PLC控制系统（ProgrammableLogicController）可编程逻辑控制器，是一种能够进行数字运算的一种电子装置，专门为一些企业的生产设计使用。它使用的是一种能够编写程序的存储器，用来存储它内部的一些程序和命令，同时还可以进行一些逻辑运算、控制顺序，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。1.2.1PLC的发展现状现在由于一些大型的或者超大型的微电子产业的发展，PLC也已经从最开始的一位机进步为现在的以16位和32位微处理器构成的微机化PC，并且现在还可以进行多个通道的处理。到现在为止，PLC技术其实已经发展的非常好了，不仅仅拥有很强的控制能力，同时还有很高的可靠性，但是成本却降低了很多，而且在故障的检修和程序的编写方面都变得更加的便捷，这就使得可编程逻辑控制器的生产规模以及使用的需求越来越大，渐渐的成为工业自动化实现路上的重要推动者。当今世界上生产PLC的厂家总共有两百多家，所生产的可编程逻辑控制器共有四百多种，如果按生产地点来划分的话可以将这些生产商分为美欧日三大派，这三个流派所正产的PLC也都各有特色。其中，在这么多的生产商中比较出名的有日本的三菱公司、德国的西门子公司、韩国的三星电子等等。在我国目前PLC的生产商家大约有30家左右，但是在我国的PLC市场中大多还是国外的产品，所以当前在国内的一些企业在开展PLC业务的时候竞争优势是很大的。PLC具有以下这些特点：1．具有很高的可靠性PLC控制器运用的是微电子技术，由没有触点的集成电路来完成大量的动作。系统内部在进行处理的时候是不依靠机械的触点的，它的完成是通过读写和处理系统内部存储器，所以就不会存在一些继电接触器控制系统的接线老化、触点接触不良、触点电弧等问题。除此之外PLC在制作的时候还加入了很多抵抗干扰的举措。比如将光电隔离的技术运用在输入输出端口上，这让就可以使内部的电路和外部的电路不能有电的联系，以此来抵抗外部的电磁干扰。PLC控制系统还能够进行自我问题的诊断，所以在问题的检查和维修方面就十分的方便。同时PLC采用特殊的外壳封装结构，让它拥有很不错的密封性、防尘性和抵抗振动的性能，所以即使是在环境十分恶劣的工厂环境中也能够正常的工作。2．编程很简单PLC控制系统的最明显的特征就它是使用十分简单易懂的梯形图语言。梯形图所运用的电路符号以及表达的方式等都很像继电器的电路接线图，想要实现继电器接触电路的功能只需要用到PLC的几十条指令就行。电气工作人员如果想要编写一些用户程序的只需要经过短时间的教学或者是看一下PLC的使用说明输即可。这就是PLC能够这么快的得到大众接受的原因。其实梯形图这种语言对于客户来说是一种比较高级的语言。当PLC在执行一段梯形图的语言的时候，会先将它翻译成一种汇编程序再去进行下一步的执行。相比直接使用汇编语言，尽管它需要花费的时间更久，但是对于大多数的控制系统来说这点时间并无大碍。3．拥有很好的通用性PLC的控制要通过软件来进行。不一样的对象可以被同一个PLC来控制，只要将系统的软件进行一定的修改就可以满足不同的需求，说明它具有很高的灵活性。不同的PLC下都有属于自己的一系列产品，只要是同一个系列的PLC，即使是型号不一样，但是所能执行的功能都大同小异，也能够根据要求进行扩展，为了满足控制要求可以在容量和功能上进行一定扩展。4．拥有强大的功能PLC除了拥有上面所介绍的一些简单的功能之外，还能够进行算数的运算以及A/D和D/A的转换功能。PLC被运用的最为广泛的功能是进行开关量的逻辑运算以及顺序的控制，同时还具有控制一些模拟量的功能。PLC的功能强大在与它不单单可以控制一个个体主机或者是一条简单的生产线，他还可以控制一整个机群以及数条生产线。它不仅可以在工程的现场进行控制，还能够完成远程额控制，既能够控制非常简单的一些系统同时也可以控制很多复杂的系统。5．拥有更小的体积和更低的功耗因为PLC所采用的是半导体的集成电路，所以它的体积相对的就比较小，重量和能耗也比较的低，它在结构上的设计也十分的紧凑且精密，很容易放在生产机器的内部，对于机电一体化的实现具有十分理想的作用。因为PLC将继电接触器控制系统中的大多数低压电器用软件来代替了，这就大大的减少了整个工程的设计、接线等所花费的时间，同时对PLC的程序的设置跟硬件部分的实际操作过程是可以一同进行的，这就将整个施工过程的时间周期大大的缩短了。1．2．2PLC与继电控制系统的比较与分析在过去的几十年中，工业控制的进步与发展在很大程度上是受到继电器控制系统的推动，其实现在在很多的工业控制中还是有着很大规模的继电器控制系统被使用，但是继电器控制系统本身的性能现在已经跟不上当前工业控制发展的速度了，很多在工业控制之所提出的的要求已经很难满足，相比于PLC就显得十分的无力，下面这个表1-1就对PLC和继电器控制系统进行了一些比较。1．2．3PLC与计算机控制系统的比较尽管当前的通用计算机在数据处理和计算方面以及在数据处理和计算方面的速度都有着十分强大的能力，但如果是应用在工业的控制当中，PLC的很多功能就要比计算机的强大的多了，下面的表1-2对他们做出了比较。1．3研究的主要意义和目的从二十世纪开始，我国的国民经济进入了一个飞速发展的时期，人民的生活水平也在不断的提高，现在我国已经进入了全面进行小康建设的全新时期，为了继续推动国民的经济增长，为人民打造更加舒适的生活，现代城市的装修行业也要做出更多的努力。为了使城市的建设更加的科学智能，就要将一些科技因素添加到城市的建设以及装修上以充分的展示城市的智能。当今时代人们对门的要求已经不单单体现在作用上，对它的外观、功能等都有了更高的要求，自动旋转门作为一种横空出世的全新产品，凭借其强大的功能、华丽的外观和便捷的设计成功的吸引了人们的眼球，成为现在人们装潢时的首选。所以，在越来越大的需求量和使用量的背景下，人们对其功能的要求也越来越高。所以在结合目前市场的需求以及一些实际情况之后，本文中所设计的旋转门要求达到以下目标：当有人在通过旋转门时，门能够自动检测到并开始旋转工作；在没有人靠近旋转门的时候门能够自行停止工作；当通过旋转门的人数较多时，能够自行增快旋转速度以加快人员流通；当检测到有异物被夹在旋转门中或者受到较大的阻力时能够快速制动，当检测到恢复正常后能够自动重新进入工作状态；挡自动旋转门在工作时，其所有的工作信息以及监控视频都会上传到控制室以尽快处理意外问题。通过调查研究国内国外的自动旋转门的发展状况，以及在市场中做的调研，最后在一些旋转门生产厂家中了解到旋转门的生产资料等等，我在这篇论文中设计了一款用有多重保护功能的智能自动旋转门。本文中设计的这一款自动旋转门是在传统的自动旋转门的基础之上增加了更多的安全保护措施以及故障检测功能，真正能够做到不发生旋转门咬人事件，给用户更加安全放心的体验。第2章旋转门控制系统方案设计及特点分析2．1旋转门的组成及特点自动旋转门由固定框架、帽头、贴地包边、边墙玻璃组成旋转门的外框，中间的展台和门扇为旋转部分，由程序逻辑控制器（PLC）、计算机中心处理装置（CPU）和调速电路等控制器件所组成的微电脑控制系统进行控制。旋转门的特点：能够自动开启关闭。自动旋转门是由PLC控制系统运用计算机来进行控制门的开启关闭运行速度等等，所以使用起来十分的便捷，而且能够将室内外分离开来，能够隔音和保温，如果遇到断电的情况还可以进行手动操作，安全性较高。2）拥有良好的密闭性。自动旋转门在运行过程中无论是旋转到什么地方，对室内来时永远都是关闭的，对室外来说永远都是打开的。它能有效地保存室内的热量、减少灰尘的侵入、保持卫生、节能能源。门的绝热、保温性能好，很大程度的降低噪声、比一般的自动门节约更多的能源。能够安全的运行，可靠性高，功能齐全。自动旋转门装有各种安全保护装置，安全保护用的传感器与计算机控制系统可保证运行安全，防止人们被夹住，确保人与物品的安全。功能齐全，性能良好，可实现整栋楼的智能化控制。运行平稳，环境适应能力强，通行效率高。自动旋转门按设定程序运行，运行速度可调。当无人时和有残疾人时可随时变速，旋转门的启动、运行和停止都处于较佳增加时，自动旋转门能自动补偿，环境适应能力强。2．2旋转门控制系统设计在分析过自动旋转门的大体结构和功能之后，结合上面所说的要求，以下图2-2是所设计的自动旋转门的基本控制功能结构图。这个自动旋转门是由好几扇玻璃门通过垂直镶嵌的方式固定在一个轴柱上的，这个轴柱是通过电动机的减速部分来带动从而使门开始旋转。2．3PLC和变频器的选择本次设计采用日本三菱公司生产的Fx2系列的PLC来当做整个控制系统的核心部分，它会在完成对来自旋转门现场的检测信号、变频器的状态信号和楼宇自动监控系统的指令信号采集跟处理之后，再开始控制变频器的频率，最后再完成对整个系统的监控信息反馈。三菱FRS520SE型变频器具有快速响应的电流限制功能，所以在当负载的波动比较大时它跳闸，变频器能够自行降低速度运行，而且在负载恢复正常之后还能够快速的回到设定的数值。之所以选择这种变频器是因为自动旋转门基本上是放置在公共场合的，所以会很经常的被一些杂物影响正常运转，这就会造成电动机的频率变化过快，电流过大等现象。第3章旋转门控制系统软硬件和软件设计PLC是整个自动旋转门的核心部分，而PLC技术最多的是应用在一些自动化控制系统当中，所以要完成一个好的自动控制系统其核心就是要按照实际的工程要求合理组合成控制系统，这一章的主要内容就是介绍了本次控制系统中PLC的硬件部分和软件部分的设计。3．1硬件部分设计1.在对本次设计所需要的控制系统决定之前就要提前选择好PLC的具体型号，还要很清楚的知道此次被控制的对象的目标，以此来确认本次的控制是否要用PLC进行。以下列举出了几个情况，在这些情况下使用PLC进行控制是很有必要的：·控制系统有很复杂的逻辑关系(需要大量中间继电器、时间继电器、计数器等)·整个的工艺流程以及产品改型非常的频繁·需要进行数据处理和信息管理·准备实现工厂自动化联网现在无论是国内还是国外有很多的PLC型号可供选择，这些PLC有着各种各样奇异的功能，让人眼花缭乱。所以在设计的过程中一定要合理的选择PLC的型号，既要能够满足所需的功能，还要尽可能的经济节约。很多时候在设计的时候为了追求功能的繁多花费的资金要多很多，其实在真正设计的时候有很多功能是完全用不到的，这就造成了浪费的现象。在选择要使用的型号的时候可以从以下这几个方面来考虑。①选择输入输出点切记不能只要求点数多，这样就很容易造成不必要的浪费，一定要在选择之前弄明白控制器所需要的点数，然后根据需要余出大约五分之一的点数来进行选择和购买。还需要提醒的一点是很多密度较高的输入点模块能够同时接入的点数是有限度的，在一般情况下一次接入的点数不能超过总点数的百分之六十。PLC的对每一个输出点的驱动能力也是有限度的，有一些的输出电流的大小也会根据具体情况而改变的，通常的情况下是环境的温度变高PLC的输出电流会降低。②对I/O口响应时间的选择PLC的I/O口响应时间主要有输入电路延迟时间、输出电路延迟时间和扫描工作方式引起的时间延迟等。需要对开关量进行控制的系统一般情况下都能比PLC和I/O口的响应时间长，所以在实践方面是可以满足要求的，因此这个问题就可以不考虑了。③对在线和离线编程的选择在线编程就是说主机和编程器分别有一个CPU，其中主机上CPU的功能是对现场进行控制，在一个扫描的周期结束时跟编程器进行通讯，然后编程器再将改动之后的程序返还给主机，在下一个扫描周期主机会依据新的代码对现场进行控制。离线编程就是说指主机和编程器共同使用一个CPU。在处于编程的过程中，CPU仅仅服务于编程器但是并不会控制现场。具体要采用什么编程方式要按需裁定。④对PLC的结构形式的选择如果一个整体和模块拼接的两部分在有同样的功能和一样多的点数的前提下，模块式的要比整体式的价格要高。然而模块式能够更加灵活的进行功能的拓展而且容易处理问题，在故障检测方面也优于整体式的，所以在进行PLC结构选择的时候也要注意这一点。2.分配输入／输出点通常情况下输入点跟输出点都有相对应的输入信号和输出信号。编号就是在分配好输入输出点跟输入输出信号之后再根据系统所要求的通道和接点号进行分配。当然在有些特殊情况下为了节省输入点，也可以让两个信号共用一个输入点，如果是这种情况的话就在接入点之前先将线按逻辑关系联机好即可。(1)选择好I/O口的输入输出范围每种PLC所对应的输入输出通道的范围是不同的，所以要按照选择的PLC的具体型号，通过了解对应的编程规则对应好，绝对不能对应错决不可“张冠李戴”。(2)内部辅助继电器系统的内部辅助继电器的作用是控制其他的继电器进行数据的存储和处理用的，是不对外进行输出的，所以与外部器件直接相连是不行的。绘制电气原理图绘制电气原理图是非常重要的。在绘制时在考虑到信号连接点是不是跟命名一样的时候，同时还要想到输入端的电流和电压是不是也合理。尽管用PLC来进行系统的控制很便捷，然而在设计电路时绝对要细心，考虑要全面谨慎，一定要做到考虑到每一步。所以综上所述，在设计过程中一定要将硬件部分和软件部分结合起来考虑，并且要安排好两部分，做到分工合理，并结合具体的情况进行两部分的设计以及电气原理图的绘制。本次设计PLC控制系统采用的是双重供电模式，用到了城市用电和UPS，两者之间的转换通过KM接触器来完成。在正常情况下是采用城市用电进行供电，当城市用电意外停断的时候经过KM接触器的转换改为UPS供电。3．2软件部分设计这一部分主要就是指程序的编写了，在硬件的选择完成后按照设计目标的要求进行程序的编写。进行程序的编写有多种不同的方法可供选择，下面就简单的介绍几种第一种：图解法图解法就是用画图的方式来进行PLC程序的编写，其中用的比较多的有梯形图法、步进顺控法、逻辑流程图法等。梯形图法这种方法顾名思义就是要利用梯形图语言来进行程序的编写。该方法其实是模仿了继电器控制系统的编程方法，里面有很多的元件、图形等等都跟继电器控制系统很像，所以如果对继电器控制系统熟悉的话对梯形图法也能够很快的适应，所以这种方法在实际应用的时候是十分的方便的。步进顺控法步进顺控法主要是配合着顺控指令来进行一些复杂的程序的编写，但是其实复杂的程序也是由很多的简单的程序段拼凑组合起来的，其中的每一小段程序都是整个控制系统的程序的一部分。站在整体的视角来看一个大的程序段会发现它是由多个简单的小程序段所构成的。整个控制系统的每一步其实都是在一个时间段执行一个小程序段来完成的。在画完各个步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控指令方便地编写控制程序。逻辑流程图法这种方法就是利用程序框图来表示整个控制系统的工作流程。逻辑流程图法可以很清晰的将整个系统每一步之间的逻辑关系、运行条件等等表示出来，在对整个系统进行分析的时候就很方便，而且当系统出现问题的时候能够快速的找到问题所在并且快速解决。当需要进行一个非常复杂的程序的编写时，如果不知道从哪里下手就可以先将系统的逻辑流程图画出来，再将流程图中每一个部分用梯形图语言等表示出来。经验法这种方法其实就是利用自己或者是别人的经验来进行程序的编写，大多数的情况下就是先找到跟自己所做的程序相近的程序，然后将所找到的程序先放在自己的系统里进行初步的实验。在初试之后再根据自己的系统的要求和实际情况进行进一步的修改，直到将实验程序改到符合要求。当然这种方法的前提是自身要有一定的经验，否则在借鉴别人的经验时也会有一定的困难。计算机辅助法这种方法就是利用一些计算机编程软件进行程序的离线或者在线的编写，同时还可以在线调试。具体设计程序的步骤：第一步：将系统的任务分解成多个简单的任务，将庞大的工作量划分为几部分小的工作量，这就很利于工作的进行和后期的系统的调试。第二步：将整个控制系统的的逻辑关系图画出来，从逻辑图上就可以清楚的看到各个部分的逻辑关系以及一些逻辑条件，从图上看到的关系是包括各部分的顺序同时也包括整个系统的顺序它也很清楚的反映了控制系统和被控对象、输入与输出之间的关系。第三步：将程序编好之后进行调试。在画完控制系统的的电路图之后开始进行PLC程序的编写，编程的办法可以从上述的几个方法中进行选择。一定要注意编程时程序的顺序和正确性，同时也要注意要尽量的简洁易懂，省时省力还方便改错。最好不要将整个系统的程序编完再进行调试，尽量每完成一小个模块的程序就进行一次调试，可以及时的发现问题并进行修正。第四部：进行现场的调试。这是整个控制系统要顺利的完成最关键的一步，几乎没有哪一个程序是可以不经过调试就能成功的。现场的调试是用来检验这个程序是否满足要求的唯一标准，也是来发现整个程序中哪个部分存在什么问题的唯一办法。3．2．1PLC程序流程图因为本次所设计的这一款自动旋转门是基于PLC的可编程的一个控制系统，而且本次论文中所设计的系统是在之前的传统基础上增加了多个安全保护程序且当门在旋转运行过程中是无法对未来将会发生的事进行预测的，所以以前旧的编程方法就很难达到一开始制定的目标。在本次的设计中我采用的是逻辑流程图法进行的编程，中间也穿插了很多其他的编程方法，例如状态转换法、经验法等等，集各个方法的长处，所以在编程的过程中并没有遇到很大的困难，为后来的调试过程节省了很多的时间。下面是程序的状态转换图(如图3-4)。整个控制系统的程序始于初始化，下一步进行中间寄存器M99的状态判断，当M99为1时则系统开始处于静止的状态，也就是当没有人要通过旋转门时的静止状态，此时旋转门的作用就只是将室内和室外给分离开来；当M99为0的时候系统处于一种等待的状态，也就是当前时刻没有人通过的话就处于静止，但一旦有人靠近之后，红外线传感器感应到行人，则整个系统会立刻进入运转状态，即旋转门开始进入正向旋转状态。由于无法预见到行人通过之后还会不会有人来，所以当行人通过之后系统不会马上停止运转，而是进入一种低速运转状态，直到红外传感器完全检测不到行人信号的时候才会将转速降为零并进入等待状态。由于本次的自动旋转门设计中还加入了残疾人运作模式，该模式的运转是在检测到残疾人信号的瞬间就会开始，不管当前是出于静止模式、工作模式还是等待模式，只要系统的PLC接受到残疾人信号，就会立刻转入残疾人运转模式，也就是提前设计好的低速运转模式，并且会一直持续该模式进行三周以上的旋转，之后才会进入等待状态或者是静止态。第4章关于系统可靠性的设计4．1引言因为在现实生活中自动旋转门的工作环境并不理想设置有些情况下还很糟糕，在受到各种不利因素例如灰尘污染、老化磨损等等的影响，我们所设计的旋转门并不能够完全在计划的要求下进行运转，加上一些工作人员对旋转门的了解并不深入，在忽略了这些问题之后仍然按照新的旋转门的操作方式来进行操作的话，很可能会加速旋转门的损耗，造成一些不必要的损失。所以为了让使用旋转门的用户在使用的时候对其有更加深入的了解，也为了让自动门的管理部门在后期出现问题的时候能够更加迅速的找到并处理问题，我在本次的自动旋转门控制系统中加入了自动检测故障的部分，这一部分可以在在线的时候进行工作也能在离线的时候进行，能够准确的将系统各个部分的信息进行上报，包括系统在哪里出了问题，应该如何解决等等，能真正做到及时止损，大幅降低危险事故的发生几率。在目前很多的自动控制系统中不同型号不同种类的PLC的安装位置是不同的，有一些是直接安装在生产现场的，有一些是安装在一些机械设备上的，还有一些安装在系统的总控制室里，但是这些PLC大多数都被安装在一些具有十分不好的电磁干扰的强电电路或者设备当中。所以为了要获得更好的PLC的工作性能，不仅仅要求生产厂商在进行PLC的时候要注重其抗干扰能力的提高，还需要各个部门在使用PLC的时候，包括PLC的安装以及后期维护等过程中要有足够的注意，只有这两方面都协调好了，才能将整个系统的抗干扰能力提升到最高的高度。对于PLC控制系统来说，它的干扰问题一直都是一个让人十分头疼的问题，所以在处理这个问题的时候一定要从多个方面多个角度去考虑，通过各个部分的研究对比，才能更好的地抗干扰。当然有的时候对于一些特殊的问题也要采取一些特殊的解决方法，只有这样才能使整个PLC控制系统合理稳定的工作，进而保证整个的系统能正常高效的工作。所以我在这一章当中会从两个方面出发来具体解决整个自动旋转门运转系统的可靠性问题，第一个是关于当旋转门出现故障的时候如何处理，另一问题是在电磁干扰方面遇到的一些问题。本次设计的自动旋转门大脑是其中心电控系统，也是整个控制系统的总指挥。一个电控系统的质量、功能的好坏能够直接影响到它的品质和地位。就拿过去发生的大量的旋转门事故来说，其中有超过七成的事故原因是由于电控系统出了问题，然而当负责操作的员工以及维护人员进行故障的排查时却往往没有针对性，在整个系统的各个部分进行排查，这样不仅浪费时间好浪费财力。所以在电动门的设计过程中就必须要有一套能够自我检测故障以及一些基础故障自我修复的模块，这样不仅能够提高故障的处理效率，省时省力，同时也能使旋转门的使用更加的安全可靠。在本次的设计当中，因为在设计过程中将故障诊断树和专家诊断系统进行了结合，所以只要是在之前曾经出现过的任何的问题基本都能够进行解决，但是如果出现一些没有出现过的问题，因为诊断树和专家诊断系统的数据库中没有相关的数据，所以还是不能够进行处理。所以为了能够解决上述问题，本次设计中还加入了神经网络诊断技术，这样既可以自动的学习新出现的故障问题，并进行训练，扩展专家诊断系统和故障诊断树的数据库，还可以直接从神经网络诊断系统中提取数据来对一些故障进行纠正。4．2旋转门电气设备故障诊断系统的设计由于自动旋转门所处的环境多变，冬天的时候温度低至零度以下，夏天的时候温度又能高到三四十度，这样的条件下日晒风吹，整个旋转门系统中的一些电子元器件就很容易老化磨损，导致一些绝缘性变差、接触不良等问题。下面的表4-1就列举了常见的一些自动旋转门容易出现的问题，这些问题都是集中了很多旋转门的管理维护人员的经验所得。4．2．1BP神经网络的特点本次所设计的自动旋转门控制系统所采用的的故障诊断方式利用了BP神经网络。BP神经网络拥有很强的非线性映射能力，在每种精度下都可以非常接近复杂的输出有界的非线性函数，除此之外，BP神经网络的自学能力非常强大，它的系统可以在一直学习的过程中来增加自己的知识库。如果一个BP神经网络经过了合理的训练，那它就可以很好的将所有的数据都归纳起来，所以说BP神经网络可以很好的将一些复杂的数学模型解决，并且能够很好的处理那些在控制过程中出现的问题。4．3电磁干扰类型及其影响在一些工业控制的设备当中有一些干扰源的存在，这些干扰源大多数都是产生在线路中电流和电压发生大幅度的波动的地方，这些地方就会使电荷强烈的运动，导致对整个系统产生干扰，PLC控制系统的干扰源就跟工业控制中的干扰源大同小异，也是产生在一些电荷剧烈运动的地方。对系统产生的干扰可以根据产生这些干扰的原因、一些噪声进行干扰的形式、产生的噪音波形等等来进行划分。其中按照噪声进行干扰的形式来划分就可以分为共模干扰以及差模干扰两种，划分成这两种也是用的最多的划分方式。共模干扰：一般指在两根信号线上产生的幅度相等，相位相同的噪声。差模干扰：一般指在两根信号线上产生的幅度想等，相位相反的噪声。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的同方向电压迭加所形成。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压。主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压。差模干扰在两根信号线之间传输，属于对称性干扰。消除差模干扰的方法是在电路中增加一个偏值电阻,并采用双绞线。共模干扰是在信号线与地之间传输，属于非对称性干扰。消除共模干扰的方法包括：采用屏蔽双绞线并有效接地、强电场的地方采用镀锌管屏蔽、布线时远离高压线，不能将高压电源线和信号线捆在一起走线、采用线性稳压电源或高品质的开关电源。4．4电磁干扰的主要来源1．来自空间的辐射干扰空间辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于其射频场内，就会受到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；二是对PLC通信网络的辐射，由通信线路感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护2．来自系统外引线的干扰主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较为严重，主要有下面三类：第一类是来自电源的干扰。实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的PLC电源问题才得到解决。PLC系统的正常供电电源均由电网供电，由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电流，尤其是电网内部的变化、开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但因其机构及制造工艺等因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。第二类是来自信号线引入的干扰。与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这种往往非常严重。由信号引入的干扰会引起I／O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I／O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多第三类是来自接地系统混乱的千扰。接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一，正确的接地既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等，接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层。当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。此外，屏蔽层、接地线和大地可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。来自PLC系统内部的干扰主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射、模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂家对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门无法改变，可不必过多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。4．5抗干扰设计因为整个的控制系统的工作一直处于充满电磁的环境中，所以为了将系统受到的电磁干扰减少到最低，从进行这个设计的一开始就应该从多个方面进行考虑来抑制系统可能受到的电磁干扰，下面我从三个方面采取了抑制电磁干扰的措施：第一，抑制电磁干扰的干扰源；第二，将电磁干扰进行传播的路径切断；第三，将整个系统的抗干扰的能力提高。由于进行PLC控制系统的靠干扰设计是一个很系统的过程，所以为了要获得更好的PLC的工作性能，不仅仅要求生产厂商在进行PLC的时候要注重其抗干扰能力的提高，还需要各个部门在使用PLC的时候，包括PLC的安装以及后期维护等过程中要有足够的注意，只有这两方面都协调好了，才能将整个系统的抗干扰能力提升到最高的高度，才可以让整个系统的电磁兼容性以及可靠性得到保证。下面我列举两个在进行抗干扰工程的设计过程中需要注意的问题：仪器的选型在挑选要使用的仪器时最先要考虑到的就是它的抗干扰能力一定要高，这其中包含着电磁的兼容能力，特别是在抵抗外部的干扰时的能力，比如说可以选用一些具有较好的隔离型能的PLC；接下来还要对生厂商所提供的一些抗干扰的指标有一定的了解，具体到比如说耐压能力、共模差模抑制比、磁场的强度耐受程度等等；还有一点就是在选择设备的时候可以参考一下该折本在类似的工程当中的表现如何。综合抗干扰设计重点要思考PLC控制系统对来自外部的一些干扰的抑制方法，大体可以分为以下几种：第一，屏蔽PLC控制系统和外部的引线，这一点是为了防止一些空间的电磁辐射的干扰；第二，将外部的一些引线隔离开来，尤其是系统的动力线缆要分层次的进行安排，这一点是为了电磁干扰通过外部的引线传进来；第三，要好好地进行接地系统的设计，包括接地点和一些接地装置的设计。4．6主要抗干扰措施1.首先整个系统的电源必须有良好的性能，一个良好的电源对于抑制电网引入的干扰具有非常重要的作用。目前采用的用来对系统供电的电源大多情况下都会使用具有良好的隔离性能的电源，然而对用在变送器上的电源和给PLC系统的直连电表供电的电源都没有特别重视。就算是在一定程度上采用了隔离的办法，但是这些并不能够满足要求。所以在选择用在变送器和直连的电表的供电电源的时候应尽量选择一些分布电容小的配电器，以此来降低系统受到的干扰。2.为了提高供电的安全性和